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选快门还是偏光,选左右还是上下?偏振3D显示方案深度解析!

选快门还是偏光,选左右还是上下?偏振3D显示方案深度解析!

很多朋友现在纠结于选快门还是偏光,选了偏光的朋友又在纠结是选左右格式还是选上下格式的图片电影,今天我不辞辛苦发文给大家深入剖析下,有些资料是转载,有些是原创分析,希望能给大家一个明确的答案!

第1章:立体3D愈来愈热,两大技术针锋相对

3D立体显示是当前最热门的话题,是未来图像技术的主要发展方向。目前3D立体显示技术已经广泛应用到民用产品中来,为我们日常的娱乐带来新的体验,相信很多用户都很关注。

3D显示技术的原理是“欺骗”人的双眼,让左右眼分别看到不同的画面,之后在大脑中接受到的画面由于视觉差而产生凹凸感,从而体验到立体的画面。

而这个“欺骗”方案,主要有“红蓝式”、“快门式”和“偏振式”三种,“偏振式”又被称为“不闪式”,最近被炒得很火。“红蓝式”因为显示效果太差,被用户慢慢的唾弃。因此市面上主流的3D显示设备基本就是“快门式”与“偏振式”的天下。

无论哪种3D技术,其原理都是让左右眼看到有一定位移差的图像

在家用领域,3D显示技术目前争的火热,目前两大主流技术是快门式和偏振式。快门式3D主要由NVIDIA、SAMSUNG等厂商主推,偏振式则以LG为首。偏振式由于其画面不闪烁的特点,又被起了个新名字:不闪式。那么不闪式相比“有闪”的“快门式”有何优缺点呢?

第2章:3D显示原理解析:快门式(时分法)

首先我们来看看比较普及的3D显示技术:快门式。这并不是最近才发明的技术,其实早在CRT显示器时代就出现了,它曾经被称为“液晶分时技术”。

●快门式(液晶分时)3D显示技术

这项技术根据字面意思就很容易理解其工作原理,它的主要技术在眼镜上。它的眼镜片是可以分别控制开闭的两扇小窗户,在同一台放映机上交替播放左右眼画面时,通过液晶眼镜的同步开闭功能,在放映左画面时,左眼镜打开右眼镜关闭,观众左眼看到左画面,右眼什么都看不到(眼镜片处于黑屏状态)。同样翻转过来时,右眼看右画面,左眼看不到画面,就这样让左右眼分别看到左右各自的画面,从而产生立体效果。

眼镜镜片为黑白液晶屏,有透明和不透明两种状态

虽然眼镜镜片的切换很关键,但实际上原始显示设备更关键,假如显示器的刷新率是60Hz,那么通过遮光眼镜后左右眼看到的画面实际刷新率只有30Hz,这样的刷新率下长时间很容易产生视觉疲劳,所以“时分法遮光技术”要求显示器刷新率至少为120Hz,才能保证3D模式下左右眼分别看到60Hz的画面。

CRT时代的3D眼镜只是玩物

CRT时代,高端显示器很容易达到120Hz,因此10几年前就出现过一些3D眼镜,游戏玩家得以率先体验立体显示效果。但相信很多人都有切身感受,85Hz以下的刷新率对于CRT显示器来说都是非常闪的,60Hz完全不够看。CRT显象管时时刻刻都处在闪烁状态,因此CRT与遮光眼镜的时钟同步要求非常精确,否则就会产生视觉混乱。

120Hz显示器成为新的时尚话题

到了LCD时代,由于刷新率很难突破60Hz,因此“时分法遮光技术”毫无用武之地,也渐渐的被大家所遗忘。随着技术的不断发展,如今120Hz液晶甚至等离子面板都不再是梦,尘封已久的“液晶分时技术”也得以重现天日,为大家呈现出最逼真的立体显示画面!

快门式3D的优点:

1. 显示器无需任何特殊的设计,只需达到120Hz的刷新率即可

2. 显示分辨率没有任何损失,3D立体效果非常出色

快门式3D的缺点:

1. 120Hz刷新率的液晶面板和驱动会导致成本提高

2. 快门式眼镜需要充电,而且眼镜比较厚重,长时间佩戴并不轻松

3. 虽然每只眼睛都能保证看到60Hz刷新率的画面,而且LCD本身不会闪烁,但由于眼镜时时刻刻都处在开/关切换状态,所以人看到时仍然会有轻微的闪烁感觉(因人而异)

4. 眼镜片有一半时间处于黑屏状态,会阻止显示器光线进入,因此会造成图像亮度下降

第3章:3D显示原理解析:偏振式(不闪式)

偏振式3D显示技术其实也有年头了,只不过之前一直都应用在立体电影院里面,而近年来才被引入到民用显示器/电视机上面。首先我们来看看偏振式3D技术的显示原理,然后再来看看具体显示设备是如何实现的。

●偏振式(不闪式)3D显示技术

很多电影院放映采用的是偏振法,通过两个放映机,把两个摄影机拍下的两组胶片同步放映,使略有差别的两幅图像重叠在银幕上。这时如果用眼睛直接观看,看到的画面是重影

模糊不清的,要看到立体电影,就要在每架电影机前装一块偏振片。从两架放映机射出的光,通过偏振片后,就成了偏振光。左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直,因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。

偏振镜分光原理示意图

这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处,偏振光方向不改变。当观众带上偏振眼镜后,左右两片偏振镜的偏振轴互相垂直并与放映镜头前的偏振轴一致,所以每只眼睛只看到相应的偏振光图象,即左眼只能看到左机映出的画面,右眼只能看到右机映出的画面,这样

就会像直接观看那样产生立体感觉。

●偏振光技术简介:

为什么带上偏振眼睛后能使左右眼看到完全不同的图像?确实不太容易理解,关于偏振光和偏振眼镜的原理,由于涉及内容比较多,这里仅作简要介绍。

光就是由互相垂直的电场和磁场形成的一种电磁波,自然光是很多电磁波的混合物,它在各个方向的振动是均匀的。当它以特定的角度(布儒斯特角)经过非金属表面后反射形成

的眩光是偏振光。偏离了这个角度,就会有部分非偏振光混杂在偏振光里。部分偏振光是有程度的,偏离的角度越大,偏振光的成分越少,最终成为非偏振光。有了偏振光,有时会给我们照相带来不利。玻璃表面的反射光,使我们拍摄不到玻璃橱窗里面的东西,水面的反射光使我们拍摄不到水中的鱼……

但利用偏振光的这种特性正好满足立体电影的需求——让左右眼看到完全不同的画面。通过给两个投影机加装偏振片,让投影机投射出互相垂直的完全偏振光波,然后观众通过特定的偏振眼镜,就能让左右眼看到各自不同的画面而互不干涉。

当然,实际放映立体电影是用一个镜头,两套图象交替地印在同一电影胶片上,还需要一套复杂的装置,这里就不做深究了。

第4章:第一种偏振式3D显示器:双液晶面板

120Hz 3D显示器的原理都完全相同,不管经过NVIDIA 3D Vision认证的,还是AMD HD3D或者第三方甚至山寨,都要搭配相应的快门式眼镜就可以了。而偏振式显示器则有好几种解决方案,最完美的当然是上页提到的电影院双投影机方案,很显然这种方案无法普及到千家万户。

●第一种偏振式3D显示器:双液晶面板

按照双投影机的原理,有厂商制造了双液晶面板的3D显示器,为两层液晶面板分别加装互相垂直的偏振片,然后用户带上配套的偏振眼镜,就能实现与电影院相媲美的3D立体显示效果。

首款3D液晶显示器:iZ3D H220Z1

双液晶面板,两个液晶面板有各自的接口,需要单独连接显卡

系统会识别两个显示器,一前一后

面板加装了偏振片,上层是半透明状态,下层在特殊角度才能拍摄到

用偏振眼镜就可以看到下层面板的内容

基本上,其原理与电影院的双投影机没什么区别。这种双液晶面板的显示器,在玩3D 游戏的时候,用裸眼观看,上下两层面板的图像完全重叠在一起,而带上偏振眼镜之后,则就是非常完美的3D立体影像。

双液晶面板偏振式3D的优点:

1. 图像毫无闪烁感

2. 显示分辨率没有任何损失,刷新率没有任何损失,3D立体效果接近完美

双液晶面板偏振式3D的缺点:

1. 双液晶面板,再加上特殊的偏振滤光片的设计,成本非常高

2. 需要显卡双头输出,性能损失很大

3. 已经没有其它厂商采用这种代价高昂的设计

第5章:第二种偏振式3D显示器:隔行交错显示

双液晶面板的3D显示器由于成本太高、设置复杂、要求较高,目前各大显示器厂商都已经放弃了这种方案。但偏振式毫无闪烁的特性,依然吸引着厂商们投入精力去研发。终于,一种成本比快门式更低的偏振式3D方案问世了:

●第二种偏振式3D显示器:隔行交错显示

1080i是曾经非常流行的高清视频分辨率,它以720p的文件体积实现了媲美1080p的显示效果,性价比非常高。1080i的原理就是隔行交错显示,视频文件的实际水平分辨率保

持1920不变,但垂直分辨率只有1080的一半。其中奇数帧和偶数帧都只有540线,然后通过播放器合成,再辅以各种插值算法和图形渲染技术,最后呈现在读者面前的就是媲美1080p的高清图像。

1080i视频的显示原理,图像直接合成会有交错,需要经过复杂的后期处理

而今天要介绍的3D显示技术,就是参考了1080i的原理。将液晶显示器完整1080p像素,拆分为奇数行与偶数行两组画面,奇数行与偶数行像素上方分别镀上了偏振薄膜(偏振方向垂直),这样人眼带上偏振眼镜后,左眼将只能看到奇数行的像素,右眼将只能看到偶数行的像素。

隔行交错偏振式3D显示技术示意图

由于奇数行与偶数行的画面有一定的位移差,大脑看到合成后的图像就会产生立体感。这样人脑通过左右眼合成的虚拟图像将会接近与1080p的水平,但当图像高速运动时,会不可避免的产生交错感,这种感觉不可能通过软件后期处理来消除。

“拉丝”现象显著

换句话说,1080i视频可以通过改进算法(即反交错技术)来提高画面品质,但隔行交错偏振式3D最终的显示效果,始终会有交错感。

隔行交错偏振式3D的优点:

1. 显示器采用普通60Hz液晶面板,附加一层特殊的偏振薄膜。成本要比双面板、120Hz 方案低很多,略高于普通LCD

2. 图像毫无闪烁感

3. 偏振眼镜轻巧、成本低

隔行交错偏振式3D的缺点:

1. 偏振眼镜有特定的可视角度

2. 3D模式下所有图像以1080i模式输出,分辨率减半,有细黑色横条

第6章:深度对比:不闪式与快门式的优劣

既然快门式与偏振式是目前两大热门3D解决方案,下面我们就做一个详细对比:

3D液晶显示器的售价:快门式比偏振式贵近一倍

HANNS.G HS233H3B(快门式)价格约2700元,AOC E2352PZ价格约1500元先从成本上来看,快门式3D需要120Hz液晶显示器或液晶电视,显示设备的成本较高,

通常最高分辨率为1680x1050的22寸120Hz液晶显示器价格也要2000元以上,达到1920x1080全高清分辨率的23寸产品则要2500元以上。

而偏振式3D液晶显示器只比普通液晶显示器贵一点点,性价比很高。虽然它的显示效果因为隔行的关系可能会差一些,但当作2D显示器用的时候,显示效果没有任何问题。

3D眼镜的售价:快门式近千元,偏振眼镜随显示器附送

一套NVIDIA 3D Vision套装价格在千元以上

偏振眼镜看上去和普通眼镜没区别,售价只有十几元到几十元

除了面板,快门式眼镜的成本也不低,因为眼镜本身就是两片液晶屏,需要电池、充电设备、红外同步设备、各种相关认证费用……通常搭配显示器一同销售的快门式眼镜价格在300~800元不等,而如果是NVIDIA的3D Vision快门式眼镜,价格则要更贵一些,通常都在1000元以上。相比之下,不闪式3D的专用设备价格要平民不少,一台1920x1080高清分辨率的不闪式23寸液晶显示器已经可达1500元的价位,并附送眼镜,这个价格比起普通液晶示器来也不算贵了。而当有额外的眼镜需求时,不闪式眼镜的价格优势将更加明显。免费的红蓝3D方案太山寨

当然,对于用户来说,价格并非唯一的取舍标准,如果仅考虑价格,那么色分法的红蓝3D成本则仅有十几元,加一只红蓝3D眼镜即可,但是它的效果就太差了,成像也并不稳定,因此成像质量和效果则是人们另一个要考虑的问题。从图像品质上来说,快门式可以提供分辨率、画质无损的立体图像,但是存在刷新率下降的问题,因此会产生闪烁感,同时画面亮度也会出现降低。而目前不闪式3D采取的技术为在显示面板上增加一层偏振层,是由原画面中抽离出一半并加以处理,产生不同方向的偏振光从而形成立体图像,而它的问题就是分辨率降低一半。

除了成本和画面效果之外,其他方面的差异还有很多,比如眼镜的重量、软件设置、兼容性、性能等等。不过这都不是判断两者孰优孰劣的标准。在此之前,快门式3D我们已经进行过不少介绍和测试,这次我们来看看不闪式3D的实际使用方法和效果。

第7章:平台搭建:仅需一台不闪式显示器

前面已经提到不闪式3D技术的基本原理,它的关键设备在于显示器。本次测试中我们选择了这项技术的主推者-LG所设计制造的D2341显示器。它的分辨率达到了1920x1080的全高清分辨率,60Hz刷新率,随机带有采用偏振分光技术的眼镜。

标准的DVI-D+D-Sub接口

其他配置则是上次进行AMD HD3D测试时的配置,并无其他变化,配置单如下:

需要说明的是,不闪式3D目前是显示器厂商主推的一项技术,对PC端硬件没有特殊要求,因此任何平台只要性能达到要求即可。

第8章:不闪式3D实际测试:3D电影

首先进行的是3D电影播放测试,使用了PowerDVD 11 Ultra这款软件。片源为蓝光3D 影片《HUBBLE》。

3D播放相关设置

在现实设备设置中选择隔行式3D显示设备

蓝光3D影片播放效果实拍

播放设置很简单,完全没有障碍,效果也相当理想,画面没有闪烁感是其最大特色,不过画面分辨率会降低。能明显看到画面中垂直分辨率降低了一半。

除此之外,LG这款显示器也附送了一款TriDef 3D软件,可以观看3D影片、图片、进行DVD 3D效果转换、3D游戏。效果也相当不错,使用方法也很简单。

第9章:不闪式3D实际测试:游戏

接下来是游戏测试。TriDef 3D软件中有3D游戏组件,可以自动扫描电脑中已经安装的游戏,也可以手动添加,列表中包含数百款近几年的主流3D游戏,对于列表中没有显示的游戏,可以选用通用配置选项,不过无法保证所有游戏的兼容性。

简单明了的设置画面。

除此之外,第三方软件iZ3D的驱动也有隔行的选项,同样可以支持不闪式3D显示技术。

游戏实际测试效果,街头霸王4和F1 2010。立体效果都很好,但是画面垂直分辨率的降低会造成体验效果的下降。

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